專利名稱：復(fù)合金屬制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用不同金屬制成的金屬制品。本發(fā)明還涉及制造鋸條尤其是復(fù)合鋸條的改進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
鋸帶和鋸條其切削邊緣必須具有高尺寸穩(wěn)定性以及高耐磨性。它們即使在由于在鋸條和所鋸切的材料之間的摩擦而導(dǎo)致的高溫下也應(yīng)該能夠承受由壓縮、彎曲和剪切力所產(chǎn)生的高負(fù)載。由于難以在單種材料中組合上述性能，所以目前鋸條通常包括具有高彎曲疲勞強(qiáng)度的相對強(qiáng)韌的金屬基底和由較不強(qiáng)韌但非常耐磨的高速鋼制成的刀刃帶。刀刃帶具有這樣一種寬度，從而可以從中切割出該鋸帶或鋸條的至少齒尖或者甚至整個切割齒。
已經(jīng)通過將由切削工具鋼制成的薄帶材焊接在柔性合金鋼襯墊(backer)的邊緣上制備出復(fù)合鋸條即由兩種或多種不同材料制成的鋸條。一般的焊接技術(shù)為電子束焊接；但是，所得到的焊接部分即兩種金屬的合金及其附近的熱影響區(qū)域明顯弱化。在準(zhǔn)備焊接尤其是準(zhǔn)備電子束焊接中，軋制出金屬背襯和切削工具鋼薄帶并且反復(fù)進(jìn)行退火以獲得所要求的用于焊接的尺寸。當(dāng)實現(xiàn)焊接尺寸時，仍然需要進(jìn)一步調(diào)整金屬背襯和薄帶以在焊接位置處獲得尖銳直角邊緣。該過程非常耗時并且成本很高。
已經(jīng)通過將熔融切削工具鋼鑄造在支撐金屬帶上來制備出復(fù)合金屬制品。將熔融切削工具鋼輸入到支撐金屬帶附近的空間中，然后將它粘接在那里。
已經(jīng)采用固相邊緣接合來通過在還原氛圍下加熱加壓來并排連接金屬帶。通過在足夠壓力下加熱金屬帶來實現(xiàn)固相連接，從而形成冶金接合。雖然固態(tài)接合可以產(chǎn)生出冶金接合并且不會對附近金屬區(qū)域產(chǎn)生有害影響，但是固態(tài)邊緣接合不能產(chǎn)生出足夠的新接合表面、熱量和壓力以形成堅固的連接，并且所連接的帶材往往不能承受隨后的加工。
金屬熱軋是已知的，并且對鋼錠進(jìn)行熱軋已經(jīng)投入到生產(chǎn)實踐中許多年。熱軋通常在大約2000°F的溫度下進(jìn)行，并且通常要將熱軋鋼材進(jìn)行冷軋以獲得其最終尺寸。在軋制高速鋼時由于冷加工所導(dǎo)致的損害例如加工硬化所以往往需要在每進(jìn)行10％至30％冷加工壓下量對鋼進(jìn)行退火。因此，冷加工需要附加的耗時且成本高的處理步驟。
已經(jīng)采用熱連接通過利用電阻加熱將金屬芯部和兩條銅帶材加熱至熱軋溫度來制作出復(fù)合金屬制品例如包銅鋼。將三種組分引入到具有還原氛圍的腔室中，然后使之直接流入到軋輥中，在那里將這些材料壓緊并熱連接在一起。至于熱軋，往往需要將該制品冷加工至其最終尺寸。
因此期望改善用于提供在不同金屬之間具有高連接強(qiáng)度的復(fù)合制品的方法。
仍然需要高效地制造出復(fù)合金屬制品。
還需要在組成金屬之間具有強(qiáng)結(jié)合并且對連接區(qū)域的材料損害最小的復(fù)合金屬制品。
在下面的發(fā)明中解決了現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種復(fù)合金屬制品，它在不同金屬之間具有優(yōu)異的結(jié)合。該復(fù)合制品能夠被進(jìn)一步加工成鋸條或其它有用的制品。提供一種具有優(yōu)異切割和耐磨性能的鋸條。
本發(fā)明還提供了一種用于形成復(fù)合金屬制品的簡單而有效的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用兩種不同金屬制作復(fù)合金屬制品的方法包括提供由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的金屬基底，所述基底在所述第一和第二相對表面的至少一個中具有至少一個縱向設(shè)置用來容納線的凹槽；將由第二金屬構(gòu)成的細(xì)長金屬元件插入到金屬基底的所述至少一個第一和第二凹槽中以形成一復(fù)合組件；并且在壓力下對該復(fù)合組件進(jìn)行加熱以將第二金屬元件和凹槽的相鄰表面推壓在一起以形成一接合制品。
在一個或多個實施方案中，金屬基底為一板材或一帶材。板材或帶材具有其一般意義，并且其一個尺寸例如厚度明顯小于另外兩個尺寸例如長度和寬度。示例性的尺寸包括大于大約5的縱橫比(寬度∶厚度)。
在一個或多個實施方案中，金屬基底為一金屬條。金屬條具有其一般意義，并且其一個尺寸例如厚度小于另外兩個尺寸例如長度和寬度；但是，縱橫比(寬度∶厚度)不太大例如為1∶1至大約4∶1。
如在這里所使用的一樣，“橫向方向”被認(rèn)為是與基底的平面垂直的方向或沿著所施加的壓力的方向。該橫向方向通?？邕^制品的厚度。
在本發(fā)明的一個方面中，用兩種不同金屬制作復(fù)合金屬制品的方法包括提供由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的金屬基底，所述基底在所述第一和第二相對表面的至少一個中具有至少一個用來容納線的縱向凹槽；將由第二金屬構(gòu)成的線插入到金屬基底的所述至少一個凹槽中以形成一復(fù)合組件；并且在壓力下加熱該復(fù)合組件以將第二金屬元件和凹槽的相鄰表面推壓在一起以形成一接合制品。
在本發(fā)明的另一個方面中，用兩種不同金屬制作復(fù)合金屬制品的方法包括提供由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的金屬基底；將由第二金屬構(gòu)成的至少一根線設(shè)置在位于所述第一和第二表面的至少一個上的位置處；限制線相對于其在所述表面上的位置的橫向運動以形成一復(fù)合組件；并且在壓力下加熱該復(fù)合組件以將至少一根線和金屬的相鄰表面推壓在一起以形成一接合制品。
在本發(fā)明的再一個方面中，制作復(fù)合線的方法包括提供由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的金屬棒，所述基底在所述第一和第二相對表面的至少一個中具有至少一個用來容納線的縱向凹槽；將由第二金屬構(gòu)成的線插入到所述金屬基底的至少一個凹槽中以形成一復(fù)合組件；并且在壓力下加熱該復(fù)合組件以將第二金屬元件和凹槽的相鄰表面推壓在一起以形成一接合制品。
在本發(fā)明的另一個方面中，復(fù)合金屬制品包括由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的基底；以及由第二金屬構(gòu)成的至少一個細(xì)長構(gòu)件，所述至少一根細(xì)長構(gòu)件嵌入在所述第一和第二相對表面的至少一個中并且沿著基底的長度設(shè)置，其中包含有嵌入的細(xì)長構(gòu)件的基底表面和相對表面形成平面，并且其中所述基底和所述嵌入的細(xì)長構(gòu)件沿著其界面形成冶金接合。
在本發(fā)明的另一個方面中，復(fù)合金屬切削工具包括由第一金屬構(gòu)成的基底，該基底在第一邊緣處具有第一厚度并且在從所述第一厚度向第二更小厚度逐漸變細(xì)的基底的相對邊緣上具有一錐形區(qū)域；以及至少一個位于所述基底的錐形邊緣區(qū)域附近的邊緣構(gòu)件，所述邊緣構(gòu)件由第二金屬構(gòu)成并且與所述金屬基底的錐形區(qū)域表面形成冶金接合，從而邊緣構(gòu)件和金屬基底的錐形區(qū)域的厚度與金屬基底的第一厚度相同。
在本發(fā)明的再一個方面中，在橫向擴(kuò)展上具有改善的約束的互成直角的四輥輪拉絲模裝置(turks’head)包括一第一對水平輥子；以及一第二對位于水平輥子邊緣處的垂直輥子，其中垂直輥子的旋轉(zhuǎn)軸線偏置在水平輥子的旋轉(zhuǎn)軸線上游，所述偏置在水平輥子與要加工材料的接觸弧內(nèi)。
在本發(fā)明的再一個方面中，制造復(fù)合金屬制品的設(shè)備包括用于將金屬基底引入到第一受控氛圍中的裝置；用于將第一和第二元件引入到第一受控氛圍中并且使位于金屬基底附近的第一和第二元件設(shè)置在將進(jìn)行接合的位置處的裝置；用于加熱所述金屬基底以及第一和第二線的裝置；至少一個輥對，用于向金屬基底和兩根線施加壓力；以及用于監(jiān)測和控制張力的裝置。
如在這里和整個說明中所用的一樣，術(shù)語“大約”指的是規(guī)定數(shù)值的±10％。


參照以下本發(fā)明的詳細(xì)說明并且結(jié)合其中相同附圖標(biāo)記表示相同的元件的以下附圖將更加全面地理解本發(fā)明的各個目的、特征和優(yōu)點。下面的附圖僅僅用于說明，而不是打算對本發(fā)明進(jìn)行限定，本發(fā)明的范圍由后面的權(quán)利要求給出。
圖1A為一側(cè)視圖，圖1B為在剖面1B-1B′上的立體剖視圖，而圖1C為在切開之前的剖視圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的復(fù)合制品的特征。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施方案在切開之前(2A)、在切開之后(2B)和在尖銳至復(fù)合制品的刀刃之后(2C)的剖視圖。
圖3A為傳統(tǒng)焊接制品的剖視圖，而圖3B為根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施方案的接合制品的剖視圖，顯示出連接部分的剪切線。
圖4為本發(fā)明復(fù)合金屬制品的一個或多個實施方案的剖面示意圖，其中邊緣構(gòu)件具有多層交替的硬質(zhì)切削工具金屬層和更柔性的支撐金屬層。
圖5顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的切削工具。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施方案的由兩種不同金屬構(gòu)成的組成復(fù)合制品，(A)在接合之前；(B)在至少一個固定步驟之后(箭頭表示所施加的壓力)；和(C)在附加的固定步驟之后以及(D)接合區(qū)域的放大部分的示意圖。
圖7A-7D為用在本發(fā)明一個或多個實施方案中的金屬基底和凹槽的各個實施方案的剖面示意圖。
圖8A-8C為根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施方案的由兩種不同金屬構(gòu)成的組合復(fù)合制品，(A)在接合之前；(B)在至少一個固定步驟之后；和(C)在附加的固定步驟之后的示意圖。
圖9顯示出根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施方案的復(fù)合組件。
圖10A至10D顯示出根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施方案的復(fù)合金屬線的制備和使用。
圖11A顯示出本發(fā)明一個實施方案，其中在金屬基底中的接合區(qū)域偏離中心，并且圖11B顯示出根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施方案的制作復(fù)合制品的方法，其中邊緣構(gòu)件偏離中心。
圖12顯示出用于利用相配的凸形/凹形輥子來抑制該復(fù)合制品的橫向伸展的本發(fā)明一實施方案。
圖13顯示出用于使用偏置的互成直角的四輥輪拉絲模裝置來抑制復(fù)合制品的橫向伸展的本發(fā)明的另一個實施方案。
圖14顯示出用于構(gòu)造本發(fā)明復(fù)合制品的多機(jī)座軋機(jī)。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種在不同金屬之間具有優(yōu)異的接合的復(fù)合金屬制品。該復(fù)合金屬制品形成在至少兩種不同金屬之間。如在這里所使用的一樣，要理解的是，術(shù)語“金屬”包括金屬合金。復(fù)合金屬制品由金屬基底和與該金屬基底形成強(qiáng)接合的一個或多個金屬元件構(gòu)成。該接合在不會不利地改變該接合部附近的制品的化學(xué)、冶金和/或機(jī)械特性的情況下形成。
在一個或多個實施方案中，金屬邊緣構(gòu)件沿著基底主體的一側(cè)連接在金屬基底的兩側(cè)上。在圖1A和1B中顯示出根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施方案的示例性復(fù)合金屬制品。該制品100包括具有由第一金屬構(gòu)成的錐形邊緣125的基底110和位于基底110的錐形邊緣125附近的邊緣構(gòu)件128。圖1A還顯示出最終產(chǎn)品例如鋸條的示例，它在該復(fù)合制品的邊緣構(gòu)件128中具有切割齒140。如在圖1B中的立體圖中所示，該金屬基底110包括在薄化錐形部分125的相對表面129、129′上與邊緣構(gòu)件128、128′接觸的錐形部分125。邊緣構(gòu)件與錐形部分125的錐形互補，從而該制品表面為平坦的。該錐形可以是直線形的或彎曲的或者由在制造期間的材料流形成的更復(fù)雜的幾何形狀。邊緣構(gòu)件128、128′和基底110的薄化錐形部分125在相對表面處形成堅固的即冶金接合。如圖1C所示，該復(fù)合制品由包括嵌入在金屬基底110中并且接合在其上的兩個相對細(xì)長金屬元件126、126′的中間復(fù)合板180制備，這些細(xì)長金屬元件126、126′為沿著復(fù)合板180的長度延伸的溝槽形帶材。該復(fù)合板沿著在圖1C中的直線130切開以獲得在圖1B中所示的制品。該復(fù)合板還可選擇沿著邊緣線140切開以為最終制品提供更筆直的邊緣。
由于這兩種不同材料在原子等級上的高效冶金接合，所以界面非常干凈并且具有不連續(xù)(discreet)的接合界面；但是，在接合區(qū)域中沒有形成任何脆化合金，如電子束焊接制品的典型情況。薄化部分125的厚度可以根據(jù)本發(fā)明制品的預(yù)期用途改變，并且可以在總厚度的大約70％至可忽略的量之間變化，如在切開制品的暴露表面160處所測量的一樣或者如在位于相對元件之間(或在只具有一個細(xì)長金屬元件的那些實施方案中在金屬元件附近)的最窄位置150處所測量的一樣。在一個或多個實施方案中，在位置150或160處的基底金屬厚度可以為總厚度的大約30％或大約為5-15％。邊緣構(gòu)件128、128′(或者細(xì)長金屬元件126、126′)在錐形基底部分的任一側(cè)上可以具有基本上相等的厚度，但是人們認(rèn)識到制造過程會使得邊緣構(gòu)件128、128′(或者細(xì)長金屬元件126、126′)厚度稍微改變。在一個或多個實施方案中，邊緣構(gòu)件128、128′(或者細(xì)長金屬元件126、126′)可以具有不同的形狀、尺寸和厚度。在用本發(fā)明的復(fù)合金屬制品制出的鋸條中觀察到改善的鋸切性能。
在一個或多個實施方案中，復(fù)合金屬板200包括如圖2A中所示一樣嵌入在金屬基底220的一個側(cè)面中并且接合在其上的細(xì)長金屬元件210。該復(fù)合金屬板200在圖2A的直線240處切開，從而給出在圖2B中所示的復(fù)合制品245。該復(fù)合制品245包括沿著基底的一個側(cè)面的長度接合在基底220的薄化錐形部分218上的邊緣構(gòu)件215。該錐形部分218的錐度與邊緣構(gòu)件215互補，從而該制品245的表面225是平坦的。如在上面的圖1A中一樣，可以將切割齒切入到該制品的切削邊緣250中。或者，可以使該邊緣銳化以形成如圖2C中所示的刀刃270。這些邊緣用在帶鋸和/或刀具制造中。薄化錐形部分218或260的厚度可以在制品總厚度的大約1至70％或大約1至30％之間變化。金屬基底的錐形區(qū)域218或260在其最窄位置處可以超薄至不容易(用肉眼)觀察到或者只能通過放大檢測到。
在本發(fā)明的一個或多個實施方案中，第一金屬比第二金屬更堅韌，例如具有更高的硬度。在一個或者多個實施方案中，基底是具有例如在鋸切或者切割操作中通常會遇到的條件下的理想機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性的金屬。通常，金屬基底可以是堅韌并且類似彈簧的任何熱或者冷軋金屬或者金屬合金。金屬基底具有柔性，具有柔性的金屬例如彈性金屬可以用于本發(fā)明。
在本發(fā)明的一個或者多個實施方案中，用作切割邊緣的第二金屬比第一金屬更硬或者更耐磨。在一個或者多個實施方案中，邊緣構(gòu)件是耐磨金屬；例如邊緣構(gòu)件由能夠承受在鋸切或者切割操作中刀刃通常會遇到的磨損條件的金屬制成。邊緣構(gòu)件金屬可以是一種或者多種高速鋼，包括粉末狀金屬。作為示例，高速鋼包括MatrixII，M2，M42，M51，M3 Type1，M3 Type2等。
本發(fā)明的一個特征在于，制品不限于用于金屬基底或者邊緣金屬任何特定的金屬或者金屬合金。因為接合依賴于金屬穿過一個明顯升高的界面擴(kuò)散，因此基本上任何金屬結(jié)合都可以用于本發(fā)明的實踐。這種適應(yīng)性與用于制造切割工具的傳統(tǒng)焊接操作形成鮮明對比，后者通常需要特定的合金組成用于成功的焊接。
本發(fā)明可以完成更復(fù)雜的制品。在本發(fā)明的一個或者多個實施方案中，圖4所示的復(fù)合金屬制品410的刀刃400包括硬切割工具金屬420和更柔軟的支撐金屬430的多個交替層。最內(nèi)側(cè)部分440表示金屬基底的薄的錐形部分。用于柔軟的支撐金屬部分430的金屬可以與金屬基底440的金屬相同或者不同。刀刃的金屬成分在共同的表面處冶金接合。柔軟支撐金屬部分430的厚度可以與最內(nèi)側(cè)部分440的厚度相同或者不同。例如圖4顯示了具有三個不同厚度的柔軟支撐金屬部分430，440，430′的復(fù)合金屬制品。對邊緣構(gòu)件中的不同金屬區(qū)域的數(shù)量、厚度和位置進(jìn)行選擇，以提供制品的所需性能。
采用如下所述的本發(fā)明的方法，復(fù)合制品的基底和邊緣構(gòu)件形成冶金接合。在中等溫度下，也就是低于兩種金屬的任何冶金變換溫度(Tm)，在兩種金屬的界面處的原子相互作用和重排導(dǎo)致接合。與傳統(tǒng)的連接方法例如電子束焊接或者激光焊接技術(shù)不同，在連接處附近沒有因為連接過程而受到顯著影響也就是弱化的明顯區(qū)域。由于焊接制品和本發(fā)明的接合制品之間的剪切線的差異，接合的強(qiáng)度也獲得提高。在圖3中顯示傳統(tǒng)的焊接制品320中的剪切線310；在圖3B中顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個或者多個實施方案的復(fù)合制品340的剪切線330。圖3B所示的本發(fā)明的制品的剪切線的長度(和相關(guān)區(qū)域)比圖3A的傳統(tǒng)制品的長。因此即使連接強(qiáng)度相同，本發(fā)明的復(fù)合制品也會更耐用，持久以及更能抵抗剪切破壞。
所得到的冶金接合強(qiáng)度因材料以及制造方法而不同；但是這種接合足以承受隨后的接合后的制造步驟。在制造鋸條的情況下，所得到的基底金屬和邊緣金屬之間的冶金接合強(qiáng)度足以承受通常的接合后制造步驟，也就是切開、切割和齒的設(shè)置。在制造之后，所得到的制品通常進(jìn)行熱處理以硬化該制品。
本發(fā)明的復(fù)合金屬制品用于制造切割工具，也就是刀片。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)切割工具的任何變型。任何形狀的刀刃可以加工為復(fù)合制品的邊緣構(gòu)件。在本發(fā)明的一個或者多個實施方案中，刀片是有齒的刀片例如鋸條，例如手持和動力的弓鋸、孔鋸、豎鋸、往復(fù)式鋸、以及帶鋸。在一個或者多個實施方案中，刀片是無齒的刀片，例如刀。僅作為示例，刀片可以是焊接的，例如對頭焊接的，以形成帶鋸，或者表面可以被加工切割，以形成平滑的、無齒的鋸邊緣或者刀刃。
采用傳統(tǒng)的方法將切割齒加工為刀刃。齒可以是適合于特定切割應(yīng)用的任何形狀和方位。切割齒可以沿著切割表面以任何理想的方式設(shè)置。根據(jù)特定切割應(yīng)用的需要，齒可以在基底的平面內(nèi)或者平面外。總之，可以自由的設(shè)計切割工具以最適合于特定的切割應(yīng)用。
在本發(fā)明的一個或者多個實施方案中，切割齒是由硬切割工具金屬和較軟的支撐金屬的結(jié)合形成的。要被切割的表面上存在的切削邊緣包括硬切割工具金屬和較軟金屬的交替區(qū)域。在本發(fā)明的一個或者多個實施方案中，以復(fù)合金屬的形式提供切削邊緣。切削邊緣包括已經(jīng)成為固體狀態(tài)彼此接合在一起并且包括圖1，2和4所示的復(fù)合金屬制品的邊緣構(gòu)件和錐形區(qū)域的硬和軟金屬的交替區(qū)域或者部分。
在一個或者多個實施方案中，切割工具是一種混合式制品，包括復(fù)合金屬切割條，該條在準(zhǔn)備步驟中制成，并在制造之后焊接在金屬基底上。圖5顯示了采用傳統(tǒng)基底1250的混合式鋸條1245。復(fù)合金屬刀刃1260包括硬切割工具鋼1265和較軟的支撐金屬1270的交替層的固態(tài)接合復(fù)合體。將復(fù)合金屬刀刃形成為條，然后采用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)將其焊接在金屬基底上。然后，將切割齒切割為復(fù)合金屬刀刃，從而切削工具鋼和軟金屬的交替層提供本發(fā)明的刀刃。
本發(fā)明的復(fù)合金屬制品是通過將不同的金屬組分的組件在壓力之下進(jìn)行加熱而形成接合制品來形成的，已知的一種過程是固相接合。復(fù)合組件包括金屬基底，例如片或者條，具有縱向設(shè)置在金屬基底的一側(cè)或者兩側(cè)上的能夠容納長條形金屬元件的至少一個凹槽或者溝槽。術(shù)語“線”或者“插入線”可以作為“長條形金屬元件”的替換，而不會損害后者的任何范圍。線可以是各種形狀，根據(jù)各種因素進(jìn)行選擇，包括原材料的可獲得性、制造的容易性、以及金屬基底的縱向凹槽的所需形狀。示例性的復(fù)合組件500包括金屬基底510，以及分別位于金屬基底510的凹槽530和535中的細(xì)長元件520和525，如圖6A的截面圖所示。它顯示，線插入件可以伸出到金屬片的平面之上。在一個或者多個實施方案中，金屬基底510由與用于線插入件520以及525的金屬不同的第一金屬制成。插入線520和525不需要由相同的金屬形成。在組裝之前，采用傳統(tǒng)的清潔劑以及擦洗技術(shù)對這些元件進(jìn)行清潔。
溝槽和相關(guān)的細(xì)長元件可以是任何形狀或者構(gòu)形。在一個或者多個實施方案中，細(xì)長元件是桿、棒、線。細(xì)長元件或者線可以具有任何截面形狀，例如截面是圓的，橢圓的，多角形的、正方形的，矩形的或者長斜方形等等。細(xì)長元件可以按照制造商提供的尺寸和形狀來使用?；蛘呖梢圆捎萌魏蝹鹘y(tǒng)的方法包括但不限于拖拉，互成直角的四輥輪拉絲模裝置、或者線擠出，將線加工為特定尺寸和形狀。通過溫軋或者熱軋(低于Tm)，線可以由初始的尺寸減小。
細(xì)長元件可以是，但也不必是與金屬基底中的溝槽互補。在線插入件和金屬基底的結(jié)合的形成中可以有大量的變化，只要凹槽的形狀適合于容納線插入件即可。在一個或者多個實施方案中，選擇該結(jié)合以將線“鎖”在金屬基底的溝槽中。這通常是通過在線插入件和溝槽之間建立至少兩點接觸而實現(xiàn)的。因此，僅作為示例，V形溝槽中的圓線或者圓形溝槽中的梯形線提供了足夠的接觸。在本發(fā)明的一個或者多個實施方案中，線插入件和溝槽可以是互補的形狀，從而細(xì)長元件與金屬基底中的溝槽或者凹槽的形狀匹配。
然后在壓力下加熱該復(fù)合組件以使金屬基底和細(xì)長元件緊密接觸并且在這些組成金屬之間形成冶金接合。在一個或多個實施方案中，首先將該復(fù)合組件加熱至高于室溫并且低于該復(fù)合組件的任何金屬的任何冶金變換溫度(Tm)的溫度，然后使之穿過一對輥子(“軋輥”)以施加接合壓力并且降低制品厚度。
雖然所使用的實際溫度將隨著所使用的材料和壓制過程變化，但是該溫度可以在大約800至大約1600°F之間變化，或者在一些實施方案中在大約1000至大約1550°F之間變化?？梢圆捎萌我獬Ｒ?guī)的方法來實現(xiàn)加熱。例如，采用感應(yīng)或電阻加熱來加熱該復(fù)合組件。在一個或多個實施方案中，通過輻射形式例如激光輻射來提供熱量。
同樣，在本發(fā)明方法的實施中所采用的實際壓力在很大程度上隨著所使用的材料和壓制過程變化?？梢圆捎萌我獬Ｒ?guī)方法來產(chǎn)生出壓力。例如，采用軋機(jī)或互成直角的四輥輪拉絲模裝置來產(chǎn)生出壓力。壓力為許多變量的函數(shù)，這些變量包括但不限于輥徑、材料變形阻力(硬度)、金屬厚度和在軋輥和所軋金屬之間的摩擦系數(shù)，并且在軋制中所產(chǎn)生出的力在本領(lǐng)域是公知的。在本發(fā)明的一個或多個實施方案中，在沒有對軋輥進(jìn)行潤滑的情況下進(jìn)行軋制，這有助于提高軋制壓力。在本發(fā)明的一個或多個實施方案中，加入硬質(zhì)插入線尤其是加入兩根在金屬基底上面和下面彼此疊置的線在接觸位置即其中要求高壓力來改善接合的特定位置處產(chǎn)生更高的壓力。局部由于細(xì)長元件的存在而導(dǎo)致的附加厚度在固相接合操作期間提供了額外的壓力以改善接合。
金屬基底具有縱向設(shè)置在該金屬基底的一側(cè)或者兩側(cè)上的一個或者多個溝槽或者凹槽。圖7顯示了金屬片的示例性實施方案。圖7A為在頂部和底部表面上具有凹槽610的金屬基底600的截面圖，作為示例，該凹槽為矩形溝槽。該金屬基底被稱之為“2分(two-up)”片，因為通過溝槽的中心將基底切割會得到兩個產(chǎn)品制品。圖7C和7D顯示了具有其它輪廓的溝槽，例如三角形620輪廓或者圓形630輪廓。需要注意，例如圖7所示，僅在金屬基底的一側(cè)具有溝槽。這種結(jié)構(gòu)用于在接合一個細(xì)長元件的情況，例如參考圖2所討論的情況。在一個或者多個實施方案中，金屬片640包括兩個或者多個凹槽650，如圖7B所示。每個凹槽能夠容納一個細(xì)長元件，例如線，在通過將接合的制品通過圖7B的虛線660所示的溝槽以及溝槽之間的區(qū)域的中心適當(dāng)?shù)那懈疃雍现?，金屬?40可以分成幾個復(fù)合制品。在一個或多個實施方案中，軋制的制品可以是1分，2分，4分，6分，8分片等。盡管對于利用本發(fā)明的方法可以獲得的制品的數(shù)量和寬度沒有限制，但是要被軋制的材料越寬，該過程的挑戰(zhàn)性越大。
圖6B顯示了在加熱和軋制過程中的中點的制品545。插入線520、525被壓在和壓入金屬基底。在一個或者多個實施方案中，金屬基底的厚度也被減少。金屬基底的厚度減少越多(表示為減少％)，在金屬組分的界面處受到的力越大。因此，線尺寸和形狀以及金屬片的厚度、還有溝槽尺寸和形狀關(guān)系到復(fù)合組件所受到的接合力，在插入線被引入到基底溝槽的點處，大的減薄力有利于更強(qiáng)的固相接合。
圖6C顯示了最后的接合制品558，其中壓力使得線插入件的第二金屬進(jìn)入到金屬基底中，制品表面基本是平的。在接合過程中，由于厚度減少和制品拉長，在線和基底之間的接觸區(qū)域明顯增大。增大的接觸區(qū)域提供了大的接合界面，并有助于高質(zhì)量的接合。金屬基底510在接合區(qū)域548中明顯變薄，從而在從前面的插入線升高的上和下區(qū)域550和555之間只存在金屬基底的薄條540。在一個或者多個實施方案中，該區(qū)域可以充分的變薄，從而只有少量的金屬基底存留，基本上整個截面560由來自插入線的第二金屬構(gòu)成，如圖6D中細(xì)長接合區(qū)域570所示。
因此，在幾個簡單(并且快速)的步驟中，本發(fā)明的一個或者多個實施方案的方法提供了所需厚度的接合制品。原材料可以比在傳統(tǒng)的電子束焊接過程中使用的原材料厚，但是仍然可以在較少的步驟和較短的時間內(nèi)實現(xiàn)最后的厚度，明顯節(jié)約了成本和材料。
在金屬基底之上和之下采用插入線的一個或者多個實施方案中，希望將線保持在適當(dāng)?shù)奈恢脤?zhǔn)。例如在線可以橫向移動的情況下，所得到的線插入件的接合部分可以在軋制過程中移動，從而所得到的接合區(qū)域可以彼此偏移。采用形成多點接觸的線插入件和溝槽幾何形狀有助于減少接合的第二金屬區(qū)域的橫向移動。
在本發(fā)明的一個或者多個實施方案中，線、金屬基底以及軋輥的布局和幾何構(gòu)形可以進(jìn)行選擇，以減少線和基底的相對移動。如果線在加工過程中移動，所得到的接合金屬元件可以不在用于后繼加工例如切割的適當(dāng)位置。尤其是對于在金屬基底之上和之下設(shè)置一個線對的情況，希望保持復(fù)合組件的各元件的準(zhǔn)確位置。在一個或者多個實施方案中，上部和下部凹槽保持為與所需位置緊密對準(zhǔn)。
在本發(fā)明的一個或者多個實施方案中，軋輥、金屬基底或者兩者都包括與線插入件接合的溝槽，以限制線插入件的橫向移動。如圖6A所示，軋輥575具有溝槽580，它容納插入線并將其相對于軋輥保持在適當(dāng)位置。具有相似凹口的下輥(未示出)與包括一個溝槽的實施例中的下插入線接合。
在一個或者多個實施方案中，線1300接合在沿著軋制方向延伸的軋輥1320的溝槽1310中。當(dāng)在軋輥中具有深的溝槽(圖8A中示例性的顯示為1/2d，其中d是線直徑)時，在金屬基底1330中不需要凹槽來固定線位置。圖8B所示的第一軋制道次通過將該線嵌入到金屬基底中來固定線位置，并且一旦固定之后，后繼道次(圖8C)驅(qū)動固定的線向下進(jìn)入金屬基底，從而將線拓寬成為嵌入的金屬帶1335并且使在該過程中在接合區(qū)域1340處的金屬基底的厚度變窄。
在一個或多個實施方案中，線接合在金屬基底的凹槽中，并且沒有采用任何軋輥的軋槽來固定部件位置。如圖9所示一樣，當(dāng)線900平坦時，從而其深深地套在金屬基底915的凹槽910上，充分抑制了橫向運動，從而不需要將軋輥920開槽以便固定線和金屬基底的相對位置。
可以對本發(fā)明的復(fù)合金屬制品進(jìn)行進(jìn)一步加工以獲得所要求的制品。例如，在鋸條的制造中，通過穿過制品的中心區(qū)域548或中心區(qū)域570將該制品切開來將該復(fù)合制品分成兩個類似的工件。參見圖6。在一個或多個實施方案中，上下焊接的金屬元件基本上是對稱的并且相互上下疊置，從而可以在接合區(qū)域的大致中點處將該復(fù)合金屬制品分開以提供兩個基本上相同的工件。來自具有薄化的第一金屬中心例如區(qū)域548的制品的切片具有帶有在圖1C中所示的結(jié)構(gòu)的邊緣。
在一個或多個實施方案中，用作插入線的細(xì)長金屬元件也是一復(fù)合金屬。圖10A為本發(fā)明的復(fù)合細(xì)長金屬元件(線)700的立體圖。該元件700包括與用于金屬板755的第一金屬類似或相同的金屬710和不同的金屬720。在一個或多個實施方案中，金屬720比金屬710更硬。這些組成金屬布置在交替的區(qū)域中，并且這些金屬區(qū)域在其界面處接合在一起。在一個或多個實施方案中，更硬的金屬720位于外表面，從而該更硬的金屬使該復(fù)合件的耐磨性增大。
圖10C顯示了采用復(fù)合金屬元件700和金屬基底755的復(fù)合組件750。希望復(fù)合線在金屬基底的平面內(nèi)對準(zhǔn)并保留，從而在固定和接合過程中對準(zhǔn)。適當(dāng)?shù)膶?zhǔn)包括將復(fù)合線定位在金屬基底中從而使得金屬的交替層710和720基本與金屬基底的平面平行。在一個或者多個實施方案中，復(fù)合線貼合地套入或者配合在金屬基底755的溝槽725和/或接合輥(未顯示)的溝槽中。在一個或者多個實施方案中，復(fù)合線為例如梯形等的形狀，這妨礙了復(fù)合線在溝槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在一個或者多個實施方案中，接合輥和/或金屬基底包括V形溝槽。在一個或者多個實施方案中，金屬基底的凹槽或者復(fù)合線都不是圓的。將加熱的元件組裝，并加壓，以形成接合的制品。
圖10D顯示了本發(fā)明的加熱和加壓處理之后的最后的復(fù)合金屬制品560。接合區(qū)域765包括設(shè)置在金屬基底的接合區(qū)域765中的金屬710和720的交替層。如此獲得的復(fù)合片被通過接合區(qū)域765的中心部分垂直切割，以暴露硬金屬部分720和柔軟支撐金屬710，755的交替層的邊緣。圖4示例性的顯示了所得到的制品。
圖10B顯示了組裝復(fù)合線的方法。將傳統(tǒng)的鋼棒730預(yù)制成形，此處是杠鈴形，它可以適應(yīng)圓的(或者一些其它形狀)耐磨鋼線740，740′。棒包括上面和下面的凹槽，它們可以通過傳統(tǒng)的棒或者圓線的拉伸互成直角的四輥輪拉絲模裝置軋制或者傳統(tǒng)的V形槽軋制而引入。三個元件采用傳統(tǒng)的清潔劑以及擦洗方法清潔，接合和軋制為最后的固定尺寸。線的接合可以采用熱軋過程或者本發(fā)明的方法或者可以用于使得線元件冶金接合的任何其它技術(shù)來實現(xiàn)。或者，可以在采用具有能夠提供足夠壓力以接合復(fù)合線的反向有槽軋輥的互成直角的四輥輪拉絲模裝置的互成直角的四輥輪拉絲模裝置的加工過程(turks headprocess)中加工出該組件。
最終接合制品可以具有變化的厚度例如從大約0.020″至大約0.100″之間變化。具有較小最終厚度和/或相對較大的百分比減小量(例如，界面區(qū)域增大較大)的制品將形成非常牢固的接合。在最終厚度相對較大例如為0.065″或更大的情況或者厚度百分比減小量不是非常大的情況中，接合強(qiáng)度不是太高。在整個制品非常寬的其它情況中，可能不想使用軋制來獲得整個寬度，因為流動性能在更大的距離上變化。在這些(以及其它)情況中，可以采用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)將復(fù)合切削邊緣焊接在金屬基底的邊緣上，以形成本發(fā)明的切削邊緣。這種制品的示例已經(jīng)在前面描述過了(圖5)。
現(xiàn)在將參照圖11A對制作具有復(fù)合金屬邊緣的焊接產(chǎn)品的方法進(jìn)行說明。如上面參照圖10所述一樣制備出復(fù)合金屬線700。通過加熱加壓接合該固定線，并且例如通過互成直角的四輥輪拉絲模裝置軋制或者通過垂直軋制和水平軋制的交替步驟將它軋制成矩形橫截面1100?？蛇x從矩形形式1100中切下邊緣1110以暴露出具有由硬質(zhì)金屬1120和柔軟金屬1130形成的交替區(qū)域的表面1125。在相對于暴露表面的側(cè)面出將切出的矩形形式1100焊接在基底1140上以形成一焊接復(fù)合金屬制品1150?；椎慕饘俸蛷?fù)合邊緣的柔軟金屬為相同或類似的金屬。
同樣，該制品可以具有任意寬度，并且例如可以為小于1/4″至3.5″或更大。圖11B顯示出采用偏離接合例如在偏離中心并且靠近制品邊緣的位置處的接合的方法和制品。在其中需要較大鋸條1160例如3.5″鋸條的那些情況中，不方便接合“2分”制品。在這些情況中，可以使縱向凹槽1170朝著金屬基底的一側(cè)偏置，并且軋制出單寬度制品(“1分”制品)。如圖11B所示一樣，在邊緣線1180處將邊緣切掉以露出復(fù)合切削邊緣，并且邊緣平衡。
在一個或多個操作中，采用用于加熱和/或加熱的接合輥和/或互成直角的四輥輪拉絲模裝置來實現(xiàn)不同金屬的固相接合。在一個或多個實施方案中，采用多個接合輥或“機(jī)座”來進(jìn)行接合軋制。機(jī)座為用于接合操作的軋機(jī)的組成部分。每個機(jī)座包括一對單獨用馬達(dá)驅(qū)動的焊接輥和用來調(diào)節(jié)軋輥的垂直位置以便施加和釋放在軋輥處的壓力并且控制材料厚度的單獨“壓下”的齒輪組件。軋機(jī)包括串接操作的多個單獨并且通過跨接在一個機(jī)座的出口和下一個機(jī)座的入口之間的“橋”或外殼相互連通以便使這些材料在受控通常為還原氛圍中被接合的軋制機(jī)座。在一個或多個實施方案中，軋機(jī)包括兩個或多個軋制機(jī)座，并且可以包括3至6個機(jī)座或更多。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以有許多該過程的變型和變化。要理解的是，壓制操作例如軋制將拉伸或加寬該復(fù)合制品。在本發(fā)明中，由于存在于另一塊金屬板上被壓制進(jìn)金屬板中央的附加材料(伸長元件)所以存在橫向擴(kuò)展的額外原因。不被人注意的是，該橫向擴(kuò)展使得軋制形狀的中央斷裂。在一個或多個實施方案中，接合空腔即在接合輥之間的空間能夠抑制橫向擴(kuò)展。在這里所使用的“抑制橫向擴(kuò)展”指的是，明顯降低或消除橫向擴(kuò)展(要知道的是，盡管采用了步驟來防止，但是仍然會出現(xiàn)少量橫向擴(kuò)展)，或者使得該材料能夠橫向擴(kuò)展至預(yù)定寬度，在該寬度下限制了該材料進(jìn)一步擴(kuò)展。在接合空腔中減薄的材料能夠向前和向后沿著金屬板或帶的軸線伸展。除了提供具有均勻尺寸的產(chǎn)品之外，抑制橫向擴(kuò)展已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)能夠保持制品的接合壓力以提高接合的質(zhì)量。
在一個或多個實施方案中，通過采用例如在圖12A中所示的并且在軋輥邊緣處具有間隙區(qū)域1010的凸形1000/凹形1005接合輥而在軋制操作中抑制橫向擴(kuò)展。在軋制壓力下，金屬基底材料趨向向上流進(jìn)較大的間隙區(qū)域1010中。在軋輥邊緣處的空間設(shè)計成允許所軋制的基底金屬部分地向上流進(jìn)(塑性變形)進(jìn)所提供的空間中。這種向上流動受到摩擦的限制并且流動停止。在至少一個或多個實施方案中，軋輥的邊緣1020彎曲以便于材料流動。間隙區(qū)域可以成角度，從而越多的金屬流進(jìn)該區(qū)域，金屬通道越窄，抑制它的摩擦越大。在一個或多個實施方案中，軋輥還包括位于軋輥表面上用來容納一部分復(fù)合組件并且在軋制操作期間降低組成部件在軋輥中的橫向運動的凹口1040。該凹口有助于使接合的細(xì)長元件(用插入線形成)保持對準(zhǔn)在適當(dāng)位置中，例如沿著軋輥的規(guī)定位置和/或相互疊置。在一個或多個實施方案中，如圖12B所示一樣，第二軋制機(jī)座1070使間隙區(qū)域的方向反向。在操作中，在第一凸形/凹形軋制機(jī)座處在加熱和加壓情況下軋制該復(fù)合組件，其中細(xì)長元件接合在金屬板溝槽中并且限制了橫向流動。在其間隙區(qū)域的方向反向的第二機(jī)座處將復(fù)合組件軋制成更薄的尺寸，并且將第二金屬進(jìn)一步嵌入并且壓平在金屬板中。隨后的軋輥不需要凸形/凹形軋輥布置，因為伸展不再可能將材料薄板切開，并且所有隨后的軋輥1080都是平坦的(如通常那樣具有較小的凸度，這便于容納過軋制邊緣)。
在一個或多個實施方案中，使用邊緣輥子系統(tǒng)例如互成直角的四輥輪拉絲模裝置來抑制橫向擴(kuò)展?！盎コ芍苯堑乃妮佪喞z模裝置”是一種特殊的軋機(jī)機(jī)構(gòu)，即它為設(shè)置成在相同平面中進(jìn)行軋制的兩臺軋機(jī)。當(dāng)使用其輥軸相對于軋機(jī)輥輥軸成90°的附加的輥對時，軋機(jī)成為互成直角的四輥輪拉絲模裝置。互成直角的四輥輪拉絲模裝置的輥軸與減薄的平面共面。當(dāng)材料穿過接合輥并且材料橫向擴(kuò)展至輥的側(cè)面時，互成直角的四輥輪拉絲模裝置在其邊緣處向材料施加反向的作用力?；コ芍苯堑乃妮佪喞z模裝置用于初始的軋制階段，例如在第一個二軋機(jī)機(jī)座中，此處明顯的橫向流會導(dǎo)致基底金屬在溝槽處裂開。盡管所有的軋機(jī)機(jī)座將基底(片材)的厚度減少至大致相同的程度，但是在線嵌入到金屬基底中時，在初始階段在插入線處或者其周圍發(fā)生大百分比的厚度減少。
對于本發(fā)明，希望側(cè)向輥(side roll)不會產(chǎn)生“溢料”(在軋機(jī)輥和互成直角的四輥輪拉絲模裝置之間流動的金屬細(xì)珠)。本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使得側(cè)向輥位于軋輥的輥軸略前(上游)，可以避免出現(xiàn)溢料。在一個或者多個實施方案中，互成直角的四輥輪拉絲模裝置的偏離處于接合輥與要被軋制的材料的接觸弧之內(nèi)。如圖13A所示，在正面視圖，接觸弧1400是接合輥1410從輥與材料1420的初始接觸點1430旋轉(zhuǎn)至接觸的最窄點1440(在輥隙處)所經(jīng)過的角度。只要材料與接合輥接觸，材料就受到不斷增大的更大幅度的作用力，在材料經(jīng)過輥隙之前會產(chǎn)生明顯的橫向擴(kuò)展。因此，將互成直角的四輥輪拉絲模裝置定位在輥隙略前可以防止材料的橫向流動。圖13B是本發(fā)明的偏移的互成直角的四輥輪拉絲模裝置1450的平面視圖。為清楚起見省略了頂部軋輥，但是虛線1455表示其位置。陰影區(qū)域1460是材料與軋輥在接觸弧中的接觸區(qū)域。以“+”表示的斷開線1465表示對于未約束的材料觀察到的通常寬度的增加。需要指出，材料在與輥接觸之后并且恰好在輥隙之前很快變寬。為了阻止這種橫向流動，側(cè)向輥1470設(shè)置在軋輥的輥軸的上游(與輥隙1440的位置相一致)。側(cè)向輥提供了抵抗材料橫向流動并對其形成約束的附加軋制作用力。需要指出，軋輥的寬度與目標(biāo)寬度相同，以使得側(cè)向輥能夠有效的約束橫向流動。
在本發(fā)明的一個或者多個實施方案中，偏移處于大約“1/4”至大約“3/4”的范圍內(nèi)。在使用凸輥/凹輥組合的情況下，一旦通過2或者3個道次減少材料的厚度，則互成直角的四輥輪拉絲模裝置就不是必須的。在一個或者多個實施方案中，互成直角的四輥輪拉絲模裝置用在第一、第二并且可選擇在第三機(jī)座中。
在一個或者多個實施方案中，互成直角的四輥輪拉絲模裝置用于將橫向擴(kuò)展限制在預(yù)定值。在一個或者多個實施方案，互成直角的四輥輪拉絲模裝置可以允許擴(kuò)展，或者可以位于相距軋輥的邊緣有一定距離。當(dāng)材料進(jìn)入軋輥中時，材料會擴(kuò)展至預(yù)定量直至其遇到互成直角的四輥輪拉絲模裝置的點。在一個或者多個實施方案中，金屬基底比軋輥寬度窄，互成直角的四輥輪拉絲模裝置位于軋輥的邊緣處(或者可以相距軋輥邊緣有一定距離)。材料能夠橫向擴(kuò)展，但是僅到它與互成直角的四輥輪拉絲模裝置輥相接觸的點。受控的橫向擴(kuò)展可以導(dǎo)致基底的受控減薄，特別是在插入線和金屬基底相接觸的接合區(qū)域中。受控的橫向擴(kuò)展可以用于將金屬基底在接合區(qū)域中減薄至它會破裂的點或者減薄至金屬基底實際上不存在的點。
以下描述一個或者多個實施方案的制造復(fù)合金屬制品的示例性過程。
插入線1500例如通過冷或者熱加工被成形為所需尺寸和截面。成形的線采用標(biāo)準(zhǔn)的金屬清潔程序進(jìn)行清潔，以除去殘留的油和氧化物。線可以對頭焊接為長的長度以增加運行時間。在示例性過程中，通過0.105″的長斜方形，將0.095″的圓線例如M2軋制為0.080″。
起初獲得的金屬基底(6150)1510其厚度為0.065-0.250″，寬度為提供最后的所需寬度所必須的寬度，它被互成直角的四輥輪拉絲模裝置軋制以在兩側(cè)上形成V形凹槽(反向溝槽)而不會改變厚度，僅略微改變寬度?；コ芍苯堑乃妮佪喞z模裝置穿入(pull through)技術(shù)能夠保持頂部和底部溝槽在0.002″之內(nèi)對準(zhǔn)，并在+/-0.005″之內(nèi)處于條的中央，同時也保持基底厚度(盡管基底可能略微變寬)。
材料(插入線1500和金屬基底1510)從輥中取出，并在它們靠近軋機(jī)機(jī)座時采用直流電加熱進(jìn)行加熱。參考圖14，邊緣線和金屬基底條分別送入(或者穿過)DC整流器的高電勢接觸，例如1520和1530，用于加熱至操作溫度(大約1250°F)，然后送入含有氧化還原氣氛例如氫的進(jìn)口蒸餾器1540。氧化/還原清潔是一個已知過程，其中材料在空氣中加熱以形成薄的氧化物層，然后進(jìn)入含有H2的蒸餾器中以進(jìn)行還原。也除去在擦洗之后的任何有機(jī)殘余物或者留下來的水。當(dāng)該元件靠近第一軋機(jī)1550時，將邊緣線定位在基底金屬條之上和之下。圖14顯示了三機(jī)座軋機(jī)；但是復(fù)合金屬制品也可以利用六機(jī)座軋機(jī)來成功的制備。所使用的軋機(jī)機(jī)座的數(shù)量部分地依賴于在每個機(jī)座要實現(xiàn)的減薄百分比以及總的最后厚度。
軋機(jī)機(jī)座包括多個軋機(jī)，它們由將材料保持在還原氣氛中的氣體腔室1555所包圍，但是它們也可以短時間內(nèi)暴露在空氣中。橋式蒸餾器(bridge retort)1560跨接在軋機(jī)機(jī)座之間，并在加熱的條從軋機(jī)至軋機(jī)的運動過程中保持還原氣氛。在這些升高的溫度下暴露于大氣將導(dǎo)致表面氧化。軋輥由耐久硬質(zhì)材料例如高速鋼如H13或碳化鎢制成。選擇軋輥以減小所軋材料的粘附。這些軋輥通常是中空的；并且它們可以用空氣或水冷卻。例如，它們?yōu)橥鈿ぼ垯C(jī)型(shell mill-type)軋輥，它們被支撐在能夠進(jìn)行水冷的軸上。
每個軋機(jī)整流器在其自身的電路上操作，從而它們可以被單獨控制。監(jiān)測該材料在它離開一個軋機(jī)機(jī)座并且進(jìn)入隨后一個時的溫降，并且整流器調(diào)節(jié)加熱(例如，電壓)以補償溫降。還可以有一種采用了電阻和感應(yīng)加熱的混合加熱系統(tǒng)。在混合系統(tǒng)中，第一軋機(jī)機(jī)座設(shè)置成傳統(tǒng)的接合結(jié)構(gòu)，并且在第一機(jī)座處接地。利用高頻感應(yīng)裝置來實現(xiàn)在連續(xù)熱軋機(jī)座之間對材料重新加熱。在線/基底金屬組件以目標(biāo)溫度進(jìn)入第一軋機(jī)機(jī)座時，軋機(jī)載荷增大至目標(biāo)軋機(jī)載荷。在每個機(jī)座處的測壓元件監(jiān)測了軋機(jī)載荷。在每個軋機(jī)機(jī)座平衡至目標(biāo)溫度和軋機(jī)載荷時，隨后的軋機(jī)輥被接合。
通常第一軋機(jī)機(jī)座軋輥速度是由操作人員控制的，并且隨后的軋輥速度設(shè)置作為其前者速度的函數(shù)。隨著材料規(guī)格降低，百分比壓下量與軋輥的速度差成比例?？梢允褂脧埩τ?570來監(jiān)測出在軋機(jī)機(jī)座之間的材料的紙幅張力，并且必要時可以調(diào)節(jié)軋機(jī)速度以控制紙幅張力；但是，也可以采用許多其它普通的監(jiān)測速度和厚度的方法。使用熱帶以淺角度在其上通過的軋輥來實現(xiàn)張力控制。采用一裝置將力傳遞給測壓元件。該測壓元件反饋給控制器，該控制器監(jiān)測出張力并且因此進(jìn)行軋機(jī)速度調(diào)節(jié)。
接合制品以連續(xù)接合帶1580的形式離開軋機(jī)機(jī)座，然后繞緊在卷軸1590上。在單獨的操作中進(jìn)行切開。
雖然在這里已經(jīng)顯示并且說明了結(jié)合有本發(fā)明教導(dǎo)的各個實施方案，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以很容易設(shè)想出結(jié)合了這些教導(dǎo)的許多其它變化的實施方案。在這里所提及的所有參考文獻(xiàn)被引用作為參考。
權(quán)利要求
1.一種用兩種不同金屬制作復(fù)合金屬制品的方法，該方法包括提供由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的金屬基底，所述基底在所述第一和第二相對表面的至少一個中具有用來容納線的至少一個縱向凹槽；將由第二金屬構(gòu)成的線引入到金屬基底的所述至少一個凹槽中以形成一復(fù)合組件；并且在壓力下對該復(fù)合組件進(jìn)行加熱以將第二金屬元件和凹槽的相鄰表面推壓在一起以形成一接合制品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬基底為板或帶。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述板的縱橫比大于5∶1。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬基底包括位于所述第一和第二表面的每一個上的至少一個凹槽。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬基底包括位于所述第一和第二相對表面的至少一個上的兩個或多個凹槽。
6.如權(quán)利要求1或5所述的方法，其中所述至少一個凹槽位于所述金屬基底表面的中心。
7.如權(quán)利要求1、4或5所述的方法，其中所述至少一個凹槽偏離所述金屬基底表面的中心。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一相對表面的凹槽和所述第二相對表面的凹槽彼此相對設(shè)置。
9.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其中在壓力下加熱復(fù)合組件的步驟包括將線嵌入金屬基底中并且減小金屬基底在線/基底界面處的厚度。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述金屬基底減薄到至少一部分接合制品的橫截面基本上不包括第一金屬的程度。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述金屬基底在金屬基底的最薄點為制品橫截面的1-70％。
12.如權(quán)利要求1、3或4所述的方法，其中施加壓力的步驟通過軋制或型鍛來實現(xiàn)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中施加壓力的步驟通過軋制來實現(xiàn)。
14.如權(quán)利要求1或4所述的方法，還包括在加熱和加壓步驟期間的至少一部分上抑制復(fù)合組件的橫向擴(kuò)展。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述抑制步驟使用互成直角的四輥輪拉絲模裝置來進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述互成直角的四輥輪拉絲模裝置的側(cè)向輥向前偏離接合輥。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述抑制步驟是使用一對相配的凸形/凹形輥來進(jìn)行的。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中軋制是在多個軋制機(jī)座處進(jìn)行的。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中軋制是在2-10個軋制機(jī)座處進(jìn)行的。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中軋制是在3-6個軋制機(jī)座處進(jìn)行的。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中至少第一軋制步驟使復(fù)合組件固定并且抑制了橫向擴(kuò)展。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中至少一個隨后的軋制步驟減小了該復(fù)合組件的厚度。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中在線和金屬基底之間的接合強(qiáng)度在多個軋制步驟中增強(qiáng)。
24.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其中至少一個凹槽的形式從包括V形槽、正方形槽、圓形槽和矩形槽的組中選擇。
25.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其中所述線的橫截面形狀從包括圓形、正方形、橢圓形、多邊形、矩形和長斜方形的組中選擇。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述金屬基底的凹槽的形狀與線的形狀互補。
27.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其中所述線為復(fù)合金屬線。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述復(fù)合金屬線包括由第二金屬構(gòu)成的上和下區(qū)域及設(shè)置在上和下區(qū)域之間由第三金屬構(gòu)成的至少一個內(nèi)部區(qū)域。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述第三金屬與第一金屬不同。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第三金屬與第一金屬相同。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述復(fù)合線通過以下方法制成在加熱和加壓下使第一金屬元件和第二金屬元件接觸，從而將第一和第二金屬元件的相鄰表面推壓在一起以形成一接合線。
32.一種用兩種不同金屬制造復(fù)合金屬制品的方法，該方法包括提供由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的金屬基底；將由第二金屬構(gòu)成的至少一根線定位在位于所述第一和第二表面的至少一個上的位置處；限制該線相對于其在所述表面上的位置的橫向運動以形成一復(fù)合組件；并且在壓力下加熱該復(fù)合組件以將該至少一根線和金屬的相鄰表面推壓在一起以形成一接合制品。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中限制該線相對其在金屬基底上的位置的橫向運動的步驟包括在所述第一和第二表面的至少一個中設(shè)置用來容納所述線的至少一個縱向定位的凹槽。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其中通過使用在軋輥表面中沿著軋制方向具有溝槽的軋輥軋制該復(fù)合組件來壓制所述復(fù)合組件，其中所述線在所述溝槽中接合并且軋輥在線上和金屬基底上的壓力限制了橫向運動。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其中至少第一軋制步驟使復(fù)合組件固定并且抑制了橫向擴(kuò)展。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中至少一個隨后的軋制步驟減小了復(fù)合組件的厚度。
37.如權(quán)利要求32所述的方法，其中在壓力下加熱所述復(fù)合組件的步驟將線嵌入在金屬基底中并且減小了該金屬基底在線/基底界面處的厚度。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中將所述金屬基底減薄到至少一部分接合制品的橫斷面基本上不包括第一金屬的程度。
39.一種制造鋸條的方法，該方法包括提供由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的金屬基底，所述基底在所述第一和第二相對表面的至少一個中具有用來容納線的至少一個縱向凹槽；將由第二金屬構(gòu)成的線引入到所述金屬基底的所述至少一個凹槽中以形成一復(fù)合組件；在壓力下加熱該復(fù)合組件以將所述線和凹槽的相鄰表面推壓在一起以形成一接合制品，該接合制品包括在第一和第二金屬接合的界面處的接合區(qū)域；并且在接合區(qū)域中穿過該接合制品的厚度切割該接合制品，從而提供包括第二金屬的切削邊緣。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中切割基本上在接合區(qū)域的中心進(jìn)行。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，還包括在接合制品的切削邊緣中形成切割齒。
42.如權(quán)利要求39所述的方法，還包括在接合制品的切削邊緣中形成刀刃。
43.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述接合區(qū)域處于接合制品的中心，或者接合區(qū)域偏離接合制品的中心。
44.如權(quán)利要求39所述的方法，其中該方法采用了多個凹槽和多根線來提供具有多個接合區(qū)域的接合制品。
45.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述鋸條由包括手動或動力的弓鋸鋸條、往復(fù)式鋸條、帶鋸鋸條、豎鋸鋸條和孔鋸鋸條的組中選擇。
46.如權(quán)利要求1、32或39所述的方法，其中構(gòu)成線的第二金屬比構(gòu)成金屬基底的第一金屬更硬。
47.如權(quán)利要求1、32或39所述的方法，其中所述第一金屬由包括彈性的熱軋或冷軋金屬或金屬合金的組中選擇。
48.如權(quán)利要求1、32或39所述的方法，其中第二金屬由包括高速鋼的組中選擇。
49.如權(quán)利要求1、32或39所述的方法，其中在第一和第二金屬之間的接合為冶金接合。
50.一種制造復(fù)合線的方法，它包括提供由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的金屬棒，所述基底在所述第一和第二相對表面的至少一個中具有用來容納線的至少一個縱向凹槽；將由第二金屬構(gòu)成的線引入到所述金屬基底的所述至少一個凹槽中以形成一復(fù)合組件；并且在壓力下加熱該復(fù)合組件以將第二金屬元件和凹槽的相鄰表面推壓在一起以形成一接合制品。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述棒包括在所述第一和第二表面中的凹槽，所述棒的橫截面為杠鈴形。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述棒的縱橫比為大約1∶1至大約1∶10。
53.如權(quán)利要求50所述的方法，還包括軋制所述線以形成一矩形棒。
54.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括將所述棒的邊緣修整以暴露出包括第二金屬的內(nèi)表面。
55.一種復(fù)合金屬制品，它包括由第一金屬構(gòu)成并且具有第一和第二相對表面的基底；由第二金屬構(gòu)成的至少一個細(xì)長構(gòu)件，所述至少一根細(xì)長構(gòu)件嵌入在所述第一和第二相對表面的至少一個表面中并且沿著基底的長度定位，其中包含有嵌入的細(xì)長構(gòu)件的基底表面和相對表面形成平面，并且其中所述基底和所述嵌入的細(xì)長構(gòu)件沿著其界面形成冶金接合。
56.如權(quán)利要求55所述的復(fù)合制品，其中所述制品包括嵌入在所述第一和第二表面的至少一個中的兩個或多個細(xì)長構(gòu)件。
57.如權(quán)利要求55所述的復(fù)合制品，其中所述兩個或多個細(xì)長構(gòu)件嵌入在基底的相對表面中。
58.如權(quán)利要求56所述的復(fù)合制品，其中所述制品包括至少一對彼此相對地定位在基底的相對表面上的細(xì)長構(gòu)件，并且所述基底在細(xì)長構(gòu)件對之間形成減薄區(qū)域。
59.如權(quán)利要求56所述的復(fù)合制品，其中所述金屬基底在靠近嵌入的細(xì)長制品的區(qū)域中減薄，并且所述基底在最薄位置點包括該制品的橫截面的1-70％。
60.如權(quán)利要求56所述的復(fù)合制品，其中所述金屬基底在靠近嵌入的細(xì)長制品的區(qū)域中減薄，并且所述基底在最薄位置點包括該制品的橫截面的1-30％。
61.如權(quán)利要求56所述的復(fù)合制品，其中所述細(xì)長構(gòu)件為嵌入在基底表面中的溝槽形式。
62.如權(quán)利要求56所述的復(fù)合制品，其中所述第二金屬比第一金屬硬。
63.如權(quán)利要求56所述的復(fù)合制品，其中所述細(xì)長構(gòu)件位于基底的中心。
64.如權(quán)利要求56所述的復(fù)合制品，其中所述細(xì)長構(gòu)件偏離所述基底的中心。
65.一種復(fù)合金屬切削工具，它包括由第一金屬構(gòu)成的基底，該基底在第一邊緣處具有第一厚度并且在從所述第一厚度向更小的第二厚度逐漸變細(xì)的基底的相對邊緣上具有一錐形區(qū)域；以及至少一個位于所述基底的錐形邊緣區(qū)域附近的邊緣構(gòu)件，所述邊緣構(gòu)件由第二金屬構(gòu)成并且與所述金屬基底的錐形區(qū)域表面形成冶金接合，從而邊緣構(gòu)件和金屬基底的錐形區(qū)域的厚度與金屬基底的第一厚度相同。
66.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述錐形是直線形的。
67.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述錐形是彎曲的。
68.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述錐形位于錐形區(qū)域的一側(cè)上。
69.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述錐形位于所述錐形區(qū)域的兩側(cè)上。
70.如權(quán)利要求69所述的切削工具，其中所述切削工具包括兩個邊緣構(gòu)件，每個所述邊緣構(gòu)件位于所述基底的錐形區(qū)域的相對側(cè)面附近并且與金屬基底的錐形區(qū)域表面形成冶金接合，從而所述邊緣構(gòu)件和金屬基底的錐形區(qū)域的厚度與所述基底的第一厚度相同。
71.如權(quán)利要求65或70所述的切削工具，其中所述邊緣構(gòu)件包括交替的第二金屬層和第三金屬層，其中所述第二金屬比第三金屬硬并且第二金屬包括邊緣構(gòu)件的最外層。
72.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述制品在金屬基底的最窄點處的橫截面由1-70％的基底金屬構(gòu)成。
73.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述制品在金屬基底的最窄點處的橫截面由1-30％構(gòu)成。
74.如權(quán)利要求66所述的切削工具，其中所述制品在金屬基底的最窄點處的橫截面由5-15％的基底金屬構(gòu)成。
75.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述切削工具由包括手動或動力弓鋸鋸條、帶鋸鋸條、往復(fù)式鋸條、豎鋸鋸條和孔鋸鋸條的組中選擇。
76.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述第二金屬包括高速鋼。
77.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述齒形區(qū)域的內(nèi)部區(qū)段與鋸條的柔性背部區(qū)域成一體。
78.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述第一金屬為彈性熱軋或冷軋金屬或金屬合金。
79.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述第一金屬和第三金屬相同或不同。
80.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述邊緣構(gòu)件包括切割齒。
81.如權(quán)利要求65所述的切削工具，其中所述邊緣構(gòu)件包括刀刃。
82.一種切削工具，它包括由金屬構(gòu)成的基底；以及具有多個切割齒的邊緣構(gòu)件，所述邊緣構(gòu)件沿著基底邊緣與基底冶金接合，其中所述切割齒為由至少第一和第二金屬構(gòu)成的復(fù)合件，其中所述第一金屬比所述第二金屬更軟，并且更硬的第二金屬位于所述第一更柔軟金屬兩側(cè)。
83.一種對橫向擴(kuò)展具有改善的約束的互成直角的四輥輪拉絲模裝置，它包括第一對水平輥子；以及第二對位于水平輥子邊緣處的垂直輥子，其中垂直輥子的旋轉(zhuǎn)軸線偏離水平輥子的旋轉(zhuǎn)軸線上游，所述偏離在水平輥與所要加工材料的接觸弧內(nèi)。
84.如權(quán)利要求83所述的互成直角的四輥輪拉絲模裝置，其中所述偏離在水平輥的接觸弧范圍內(nèi)。
85.一種制造復(fù)合金屬制品的設(shè)備，它包括用于將金屬基底引入到第一受控氛圍中的裝置；用于將第一和第二元件引入到第一受控氛圍中并且使位于金屬基底附近的第一和第二元件定位在將進(jìn)行接合的位置處的裝置；用于加熱所述金屬基底以及第一和第二線的裝置；至少一個輥對，用于向金屬基底和兩根線施加壓力；以及用于監(jiān)測和控制張力的裝置。
全文摘要
用兩種不同金屬制備出的復(fù)合金屬制品(558)。金屬基底(510)由第一金屬構(gòu)成，而且具有第一和第二相對表面，并且在第一和第二相對表面中的每一個中具有用來容納線(520，525)的至少一個縱向定位的凹槽(530，535)。將由第二金屬構(gòu)成的細(xì)長金屬元件(520，525)引入到金屬基底(510)的該至少一個第一和第二凹陷(530，535)的每一個中以形成一復(fù)合組件(545)，并且在壓力下加熱該復(fù)合組件(545)以將第二金屬元件(520，525)和凹槽(530，535)的相鄰表面推壓在一起來形成一接合制品(558)。
文檔編號B21B27/08GK1678421SQ03820187
公開日2005年10月5日 申請日期2003年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月29日
發(fā)明者保羅·A·戴恩, G·A·戴恩 申請人:威廉工程有限責(zé)任公司